高层混凝土结构平动周期调整分析

【摘 要】结构整体计算中，应调整结构刚度，让第一周期、第二周期为平动周期，第三周期为扭转周期，使结构整体具有较强的抗扭性能，结构更加安全、可靠。

【关键词】平动周期；周期比；扭转系数

前言

高层混凝土结构长宽比介于3～6之间的建筑物，结构计算时第二周期往往是扭转周期，按《高层混凝土结构技术规程》的规定，结构周期比只要满足‘结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比，A级高度高层不应大于0.9，B级高度高层建筑、超过A级高度的混合结构及复杂高层建筑不应大于0.85’即满足要求，虽未指明第二周期必须是平动周期，但笔者认为应尽量调整结构刚度使第一周期、第二周期为平动周期，第三周期为扭转周期。

1、问题提出的依据

《高层混凝土结构技术规程》第3.4.5条及条文说明，‘限制结构的抗扭刚度不能太弱，关键是限制结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比，当两者接近时，由于振动耦联的影响，结构的扭转效应明显增大；若周期比小于0.5，则相对扭转振动效应一般很小，而当周期比大于0.85时，相对扭转效应急剧增大’；由此可见，抗震设计中应采取措施减小周期比值，使结构具有必要的抗扭刚度，工程中两个方向的第一振型周期比值均能满足限制要求，则抗扭刚度更为理想，因此结构计算中应调整结构刚度使第一周期、第二周期为平动周期，第三周期为扭转周期。

2、如何判定平动周期

现阶段高层结构设计基本上采用中国建筑科学研究院SATWE进行建模计算，SATWE计算中扭转耦联振动的主振型，可通过计算振型方向扭转系数来判断，在两个平动和一个扭转方向系数中，当扭转系数小于0.5时，则该振型可认为是平动为主的振型，即该周期为平动周期；当扭转系数大于0.5时，则该振型可认为是扭转为主的振型，即该周期为扭转周期。

3、工程实例分析调整平动周期

3.1 本工程位于6度抗震设防区，丙类建筑住宅工程，剪力墙结构，地上层高均为3米，地上层数为30层，建设场地基本风压值W0=0.55KN/㎡，基本雪压S0=0.45KN/㎡，剪力墙抗震等级为三级，各层剪力墙、梁、洞口布置见结构平面布置图1示。

3.2 按《高层建筑混凝土结构技术规程》7.1.4条要求，在结构平面布置图中跨高比小于5的连梁按剪力墙洞口输入模型，跨高比大于5的连梁按框架梁输入模型，结构采用SATWE计算分析，计算结果见下表1示。可见第一周期Y方向平动系数为1.00扭转系数为0.0，则此周期为Y方向平动周期；第二周期扭转系数为0.81，则此周期为扭转周期，结构周期比为0.87，虽然周期比满足规范要求，但结构第二周期为扭转周期，结构抗扭刚度很差。

3.3 在结构平面布置图1所示模型输入中，X方向梁按框架梁输入模型，结构采用SATWE计算分析，计算结果见下表2示。可见第一周期Y方向平动系数为0.99扭转系数为0.0，则此周期为Y方向平动周期；第二周期X方向平动系数为0.53扭转系数为0.81，则此周期为X方向平动周期，第三周期扭转系数为0.53，则此周期为扭转周期，Y方向结构周期比为0.88，X方向结构周期比为0.88，周期比满足规范要求，但第二周期扭转系数接近于规范上限，结构抗扭刚度较弱。

3.4 在结构平面布置图1所示模型输入中，X方向梁按框架梁输入模型，Y方向梁按剪力墙洞口输入模型，结构采用SATWE计算分析，计算结果见下表3示。可见第一周期Y方向平动系数为0.99扭转系数为0.0，则此周期为Y方向平动周期；第二周期X方向平动系数为0.70扭转系数为0.30，则此周期为X方向平动周期，第三周期扭转系数为0.70，则此周期为扭转周期，Y方向结构周期比为0.87，X方向结构周期比为0.89，X、Y方向周期比均满足规范要求，结构抗扭刚度理想。

3.5 SATWE结构计算分析模型中，框架梁、柱构件为一维构件平面模型化假定，剪力墙为二维构件壳体模型化假定，因此模型输入中，采用框架梁输入或采用剪力墙洞口输入，结构整体刚度不同，计算周期结果也不同。当结构第二周期为扭转周期时，可通过减弱较强方向（X方向）的结构刚度，增强较弱方向（Y方向）的结构刚度，使第二周期变为平动周期，结构整体刚度趋于均衡。

4、结语

结构整体计算中，应调整结构刚度，让第一周期、第二周期为平动周期，第三周期为扭转周期，使结构整体具有较强的抗扭性能，结构更加安全、可靠。

参考文献：

[1]《混凝土结构设计规范》GB50010-20 10 中国建筑工业出版社.

[2]《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010 中国建筑工业出版社.

[3]《建筑抗震设计规范》GB50011-2010 中国建筑工业出版社.

[4]《多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件》中国建筑科学研究院.